91桃色

Zobacz innych Facet贸w i Facetki od nauki z Uniwersytetu 艁贸dzkiego.

 

Czy wirusy mog膮 by膰 naszymi sprzymierze艅cami?

Ka偶dego dnia na naszej planecie toczy si臋 niewidzialna walka na 艣mier膰 i 偶ycie. Jej uczestnikami s膮 bakterie oraz jeszcze mniejsze od nich wirusy 鈥� bakteriofagi. Cho膰 niewidoczne go艂ym okiem, od milion贸w lat kszta艂tuj膮 偶ycie na Ziemi, kontroluj膮c liczebno艣膰 bakterii i wp艂ywaj膮c na funkcjonowanie wszystkich ekosystem贸w.

- wprowadza dr Magdalena Moryl z Katedry Biologii Bakterii,

Bakteriofagi, nazywane w skr贸cie fagami, s膮 wirusami zaka偶aj膮cymi wy艂膮cznie bakterie. S膮 niezwykle wyspecjalizowane, dany bakteriofag zazwyczaj potrafi infekowa膰 tylko okre艣lony gatunek bakterii, a cz臋sto nawet jedynie wybrane jego szczepy [1]. Nie maj膮 natomiast zdolno艣ci zaka偶ania kom贸rek ro艣lin, zwierz膮t ani cz艂owieka, dlatego nie stanowi膮 dla nas zagro偶enia.
Obecnie wiemy, 偶e bakteriofagi s膮 najliczniejszymi cz膮stkami biologicznymi na Ziemi. Wyst臋puj膮 praktycznie wsz臋dzie 鈥� w glebie, wodzie, na ro艣linach, w 偶ywno艣ci oraz w organizmach zwierz膮t i ludzi [2]. Szczeg贸lnie licznie zasiedlaj膮 nasze jelita, poniewa偶 w艂a艣nie tam 偶yje najwi臋ksza liczba bakterii tworz膮cych mikrobiot臋 jelitow膮. Mamy z nimi kontakt od pierwszych chwil 偶ycia i s膮 one naturalnym sk艂adnikiem naszego organizmu. Wchodz膮 w sk艂ad tzw. wiriomu, czyli zbioru wszystkich wirus贸w obecnych w organizmie cz艂owieka [3,4].
Cho膰 s艂owo 鈥瀢irus鈥� zwykle kojarzy si臋 z chorob膮, w przypadku bakteriofag贸w warto spojrze膰 na nie zupe艂nie inaczej. S膮 naszymi niewidzialnymi sprzymierze艅cami. Kontroluj膮 liczebno艣膰 bakterii w 艣rodowisku i pomagaj膮 utrzyma膰 r贸wnowag臋 mikrobiologiczn膮 r贸wnie偶 w naszym organizmie.

Bakteriofagi: snajperzy 艣wiata mikroorganizm贸w

Najwi臋ksz膮 uwag臋 naukowc贸w przyci膮ga niezwyk艂a cecha bakteriofag贸w 鈥� ich wyj膮tkowa specyficzno艣膰. Ka偶dy fag musi odnale藕膰 鈥瀢艂a艣ciw膮鈥� bakteri臋. Jest to mo偶liwe dzi臋ki znajduj膮cym si臋 na jego powierzchni bia艂kom, kt贸re rozpoznaj膮 odpowiednie receptory na kom贸rce bakteryjnej. Mechanizm ten mo偶na por贸wna膰 do klucza pasuj膮cego tylko do jednego zamka. Poniewa偶 r贸偶ne gatunki, a nawet szczepy bakterii maj膮 odmienne receptory, r贸wnie偶 bakteriofagi s膮 wobec nich bardzo wybi贸rcze. Po odnalezieniu odpowiedniej bakterii fag przy艂膮cza si臋 do jej powierzchni i wstrzykuje do wn臋trza sw贸j materia艂 genetyczny. Dalszy przebieg zaka偶enia zale偶y od rodzaju bakteriofaga. Fagi wirulentne przejmuj膮 kontrol臋 nad kom贸rk膮 bakteryjn膮 i wykorzystuj膮 jej aparat do produkcji nowych cz膮stek wirusa. Po kr贸tkim czasie bakteria p臋ka (ulega lizie), uwalniaj膮c kolejne bakteriofagi zdolne do zaka偶ania nast臋pnych kom贸rek. To w艂a艣nie ta w艂a艣ciwo艣膰 sprawia, 偶e fagi wirulentne budz膮 ogromne zainteresowanie jako naturalna bro艅 przeciwko bakteriom chorobotw贸rczym. Znajduj膮 zastosowanie m.in. w terapii fagowej oraz w poprawie bezpiecze艅stwa 偶ywno艣ci [3,5,6].
Nie wszystkie bakteriofagi dzia艂aj膮 jednak w ten spos贸b. Fagi 艂agodne po wnikni臋ciu do kom贸rki nie niszcz膮 jej od razu. Ich materia艂 genetyczny mo偶e zosta膰 wbudowany do genomu bakterii i pozostawa膰 tam przez wiele pokole艅 w postaci tzw. profaga [5,6]. Dzi臋ki tej w艂a艣ciwo艣ci bakteriofagi s膮 r贸wnie偶 cennym narz臋dziem wykorzystywanym w biotechnologii i in偶ynierii genetycznej.

Sojusznicy w walce z oporno艣ci膮

To w艂a艣nie niezwyk艂a specyficzno艣膰 bakteriofag贸w sprawia, 偶e ponownie znajduj膮 si臋 w centrum zainteresowania naukowc贸w. W przeciwie艅stwie do wielu antybiotyk贸w potrafi膮 bardzo precyzyjnie eliminowa膰 wybrane bakterie, pozostawiaj膮c nienaruszon膮 naturaln膮 mikrobiot臋. Cecha ta nabiera szczeg贸lnego znaczenia w czasach narastaj膮cej antybiotykooporno艣ci, gdy coraz wi臋cej bakterii przestaje reagowa膰 na tradycyjne leczenie.
Jednym z najbardziej obiecuj膮cych zastosowa艅 bakteriofag贸w jest terapia fagowa, czyli leczenie zaka偶e艅 bakteryjnych za pomoc膮 wirus贸w atakuj膮cych bakterie. Metoda ta nie jest nowa, a jej historia si臋ga pocz膮tku XX wieku. Dzi艣, w dobie narastaj膮cej antybiotykooporno艣ci, ponownie budzi ogromne zainteresowanie naukowc贸w i lekarzy [5]. W Polsce terapia fagowa prowadzona jest w wyspecjalizowanych o艣rodkach i obecnie ma charakter eksperymentalny. Stosuje si臋 j膮 przede wszystkim u pacjent贸w, u kt贸rych standardowe leczenie antybiotykami okaza艂o si臋 nieskuteczne [7]. Terapia rozpoczyna si臋 od wyizolowania bakterii odpowiedzialnych za zaka偶enie. Nast臋pnie dobiera si臋 bakteriofagi zdolne do ich skutecznego niszczenia. Najcz臋艣ciej wykorzystuje si臋 tzw. koktajl fagowy, czyli mieszanin臋 kilku fag贸w, co zwi臋ksza szans臋 powodzenia leczenia i zmniejsza ryzyko nabycia oporno艣ci bakterii na fagi [8].

Wyzwania terapii fagowej

Podobnie jak antybiotyki, bakteriofagi nie s膮 jednak rozwi膮zaniem idealnym. Bakterie mog膮 z czasem wykszta艂ci膰 oporno艣膰 r贸wnie偶 na fagi, cho膰 zjawisko to obserwuje si臋 rzadziej ni偶 w przypadku antybiotyk贸w [6]. Dlatego naukowcy opracowuj膮 preparaty zawieraj膮ce kilka r贸偶nych fag贸w, kt贸re rozpoznaj膮 odmienne receptory na powierzchni bakterii. Dodatkowo bakteriofagi mog膮 by膰 stosowane razem z antybiotykami. W wielu badaniach wykazano, 偶e takie po艂膮czenie daje lepszy efekt ni偶 zastosowanie ka偶dej z tych metod osobno [8,9,10].
Terapia fagowa wi膮偶e si臋 tak偶e z pewnymi wyzwaniami. Kom贸rki uk艂adu odporno艣ciowego, makrofagi mog膮 wychwytywa膰 wirusy zmniejszaj膮c ilo艣膰 fag贸w dost臋pnych do zwalczania bakterii. Organizm mo偶e r贸wnie偶 w miar臋 trwania terapii stopniowo wytwarza膰 przeciwcia艂a neutralizuj膮ce podawane fagi, co mo偶e ogranicza膰 skuteczno艣膰 leczenia [5,6]. W przypadku zaka偶e艅 przebiegaj膮cych z tworzeniem biofilmu (zwartej struktury bakterii, przyczepionej do powierzchni sta艂ej otoczonej warstw膮 zewn膮trzkom贸rkowych polimer贸w chroni膮cych bakterie przed czynnikami zewn臋trznymi, np. lekami) spos贸b leczenia r贸wnie偶 wymaga odpowiedniego zaplanowania [8]. Dotychczasowe badania wskazuj膮 jednak, 偶e terapia fagowa jest dobrze tolerowana, a dzia艂ania niepo偶膮dane wyst臋puj膮 rzadko [1].

Wirusy, kt贸re chroni膮 偶ywno艣膰
 

Potencja艂 bakteriofag贸w wykracza jednak daleko poza zastosowania w medycynie. Wykorzystuje si臋 je lub bada mo偶liwo艣膰 ich zastosowania w weterynarii, ochronie ro艣lin, rolnictwie oraz przemy艣le spo偶ywczym. Mog膮 s艂u偶y膰 jako naturalne 艣rodki ograniczaj膮ce rozw贸j niebezpiecznych bakterii w 偶ywno艣ci, a nawet sta膰 si臋 elementem nowoczesnych, ekologicznych opakowa艅 aktywnie chroni膮cych produkty przed psuciem [11].
Nad takim rozwi膮zaniem pracuj膮 r贸wnie偶 naukowcy z Uniwersytetu 艁贸dzkiego, we wsp贸艂pracy z partnerami z Politechniki Wroc艂awskiej i Uniwersytetu Gda艅skiego, a tak偶e z o艣rodkami naukowymi z Estonii, Belgii, Hiszpanii i Portugalii. Wsp贸lnie realizuj膮 oni projekt Bio4Pak. Jego celem jest opracowanie biodegradowalnych opakowa艅 zawieraj膮cych system uwalniania bakteriofag贸w, kt贸ry wyd艂u偶y trwa艂o艣膰 i zwi臋kszy bezpiecze艅stwo 偶ywno艣ci [12]. To przyk艂ad wykorzystania drobnoustroj贸w na korzy艣膰 cz艂owieka. Wizjonerski charakter Bio4Pak polega na po艂膮czeniu naturalnych mechanizm贸w zwalczania bakterii z projektowaniem biodegradowalnych opakowa艅. Takie podej艣cie ma potencja艂, by zmieni膰 spos贸b, w jaki chronimy 偶ywno艣膰 鈥� jednocze艣nie zwi臋kszaj膮c jej bezpiecze艅stwo i ograniczaj膮c obci膮偶enie 艣rodowiska. 
 

Bibliografia:

1. Mi臋dzybrodzki R, Borysowski J, Fortuna W, Weber-D膮browska B, G贸rski A. Terapia fagowa jako alternatywa w leczeniu zaka偶e艅 wywo艂anych przez bakterie antybiotykooporne. Kardiochirurgia i Torakochirurgia Polska. 2006;3(2):201-205.
2. Clokie MR, Millard AD, Letarov AV, Heaphy S. Phages in nature. Bacteriophage. 2011;1(1):31-45. doi: 10.4161/bact.1.1.14942.
3. Shkoporov AN, Hill C. Bacteriophages of the human gut: The "Known Unknown" of the microbiome. Cell Host Microbe. 2019;25(2):195-209. doi: 10.1016/j.chom.2019.01.017.
4. W臋grzyn G. Should bacteriophages be classified as parasites or predators? Pol J Microbiol. 2022; 23;71(1):3-9. doi: 10.33073/pjm-2022-005.
5. Strathdee SA, Hatfull GF, Mutalik VK, Schooley RT. Phage therapy: From biological mechanisms to future directions. Cell. 2023;186(1):17-31. doi: 10.1016/j.cell.2022.11.017.
6. Olawade DB, Fapohunda O, Egbon E, Ebiesuwa OA, Usman SO, Faronbi AO, Fidelis SC. Phage therapy: A targeted approach to overcoming antibiotic resistance. Microb Pathog. 2024;197:107088. doi: 10.1016/j.micpath.2024.107088.
8. Gordon M, Ramirez P. Efficacy and experience of bacteriophages in biofilm-related infections. Antibiotics (Basel). 2024;13(2):125. doi: 10.3390/antibiotics13020125.
9. 艁usiak-Szelachowska M, Mi臋dzybrodzki R, Drulis-Kawa Z, Cater K, Kne啪evi膰 P, Winogradow C, Amaro K, Jo艅czyk-Matysiak E, Weber-D膮browska B, R臋kas J, G贸rski A. Bacteriophages and antibiotic interactions in clinical practice: what we have learned so far. J Biomed Sci. 2022;29(1):23. doi: 10.1186/s12929-022-00806-1.
10. Moryl, M.; Szychowska, P.; Dzi膮g, J.; R贸偶alski, A.; Torzewska, A. The combination of phage therapy and 尾-lactam antibiotics for the effective treatment of Enterococcus faecalis infections. Int. J. Mol. Sci. 2025;26:11. .
11. L贸pez-Cuevas O, Medrano-F茅lix JA, Castro-Del Campo N, Chaidez C. Bacteriophage applications for fresh produce food safety. Int J Environ Health Res. 2021;31(6):687-702. doi: 10.1080/09603123.2019.1680819.

窜诲箩臋肠颈补: dr Bartosz Ka艂u偶ny, materia艂 藕r贸d艂owy: dr Magdalena Moryl, opracowanie: Centrum Wsp贸艂pracy z Otoczeniem i Spo艂ecznej Odpowiedzialno艣ci Uczelni

 

Zobacz innych Facet贸w i Facetki od nauki z Uniwersytetu 艁贸dzkiego

 

Projekt otrzyma艂 dofinansowanie z programu Unii Europejskiej 鈥濰oryzont Europa"